DE19633216C1 - Kugelgleichlaufdrehgelenke mit verbesserter Kugelsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelgleichlaufdrehgelenke mit einem Gelenkaußenteil zur Verbindung mit einem ersten Antriebsteil, das eine Innenöffnung bildet, in der im wesentlichen in Längs­ richtung verlaufende äußere Kugelbahnen ausgebildet sind, mit einem Gelenkinnenteil, das eine in der Innenöffnung des Gelenk­ außenteils einsitzende Nabe zur Verbindung mit einem zweiten Antriebsteil bildet, auf dem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende innere Kugelbahnen ausgebildet sind, mit jeweils in einander paarweise zugeordneten äußeren und inneren Kugelbahnen geführten drehmomentübertragenden Kugeln und mit einem zwischen Gelenkaußenteil und Gelenkinnenteil befindlichen ringförmigen Kugelkäfig, der umfangsverteilte Käfigfenster aufweist, in denen die Kugeln in einer gemeinsamen Ebene gehalten und bei Beugung des Gelenks auf eine winkelhalbierende Ebene zwischen sich schneidenden Achsen des Gelenkaußenteils und des Gelenkinnen­ teils geführt werden.

Hierbei erstreckt sich der Gegenstand sowohl auf Festgelenke, insbesondere vom Typ RF (Rzeppa Festgelenk), vom Typ UF (Under­ cutfree-Festgelenk mit hinterschnittfreien Bahnen) als auch auf Verschiebegelenke, insbesondere vom Typ VL (Verschiebegelenk Löbro mit sich kreuzenden Bahnen) und vom Typ DO (Doppel-Offset Verschiebegelenk mit versetzten Führungsflächen am Kugelkäfig).

Bei bekannten Gleichlaufgelenken der genannten Art wird in Zu­ ständen erhöhter Beanspruchung, d. h. insbesondere bei großen Beugewinkeln und/oder bei hohen Drehmomenten die Steuerung der Kugeln durch die Bahnen in bestimmten Kugelpositionen - bezogen auf die Beugungsebene - ungünstiger. Dies kann Bereiche errei­ chen, in denen Selbsthemmung der Kugeln zwischen den Bahnen auftritt, die dann zu Knackgeräuschen, ggfs. auch zu Beschädi­ gungen an Kugeln und Bahnen führen kann.

Es ist bereits in der DE 24 33 349 B1 vorgeschlagen worden, die Bahnen derartiger Gelenke mit einem abgeflachten Bahngrund zu versehen, der zu einem Dreipunktkontakt der Kugel mit der jewei­ ligen Bahn führt. Hierdurch sollen auch vom Bahngrund Steue­ rungskräfte auf die Kugeln ausgeübt werden können. Nachteilig ist hierbei, daß die vom Bahngrund auf die Kugel ausgeübte Steuerungskraft nicht dem Drehmoment am Gelenk proportional ist, so daß bei hohen Drehmomenten nur eine geringfügige Verbesserung der Situation eintritt. Im übrigen geht bei spielbehafteten Gelenken, wie RF- und UF-Gelenken, der Kontakt mit dem Bahngrund bei Drehmomentbeaufschlagung verloren, da die Kugel bei solchen Gelenken vom Bahngrund abheben kann und an der Bahnflanke hoch­ steigt.

Aus der JP 3-172621 A ist es bekannt, u. a. bei Gelenken der genannten Art an beiden Gelenkteilen über dem Umfang wechsel­ weise Bahnpaare mit Rundbahnen - d. h. Einpunktkontakt der Ku­ geln mit den jeweiligen Bahnen innen und außen - und solche mit Spitzbogenbahnen - d. h. Zweipunktkontakt der Kugeln mit den jeweiligen Bahnen innen und außen - vorzusehen. Hierbei wird die effektive Belastung an ausgeführten Gelenken auf nur eine Hälfte der Kugeln konzentriert.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gelenk der genannten Art bereitzustellen, bei dem die Steuerung der Kugeln durch die Bahnen verbessert ist. Die Lösung hierfür besteht darin, daß die Kugelbahnen des einen Gelenkteiles einen Zweipunktkontakt mit der jeweiligen Kugel und die Kugelbahnen des anderen Gelenkteiles einen Dreipunktkontakt mit der jeweili­ gen Kugel bilden.

Mit der hiermit bezeichneten erfindungsgemäßen Kombination von Bahnen mit Bahngrundkontakt zum einen und einer Zweipunktab­ stützung zum anderen werden die verbesserten Steuerungsverhält­ nisse einer Bahn mit Dreipunktkontakt sichergestellt, bei Dreh­ momentbeaufschlagung jedoch ein Steigen der Kugel in der Bahn mit Dreipunktkontakt durch die gegenüberliegende Bahn mit spielfreiem Zweipunktkontakt verhindert.

In bevorzugter Ausgestaltung haben die Bahnen mit Zweipunkt­ kontakt im Querschnitt Flanken, die aus einem Ellipsenabschnitt oder einem gotischen Bogen, d. h. zwei sich schneidenden Kreis­ bogenabschnitten gebildet werden. Weiterhin ist es vorzugsweise vorzusehen, daß die Bahnen mit Dreipunktkontakt im Querschnitt zwei aus Flanken als Teilen eines Ellipsenabschnittes oder eines gotischen Bogens, d. h. von zwei sich schneidenden Kreisbögen­ abschnitten, sowie einer querverbindenden Basislinie in Form einer Geraden oder einer konkaven oder konvexen Krümmungslinie bestehen.

Vorteilhaft kann es sein, den Konformitätsfaktor - örtlicher Krümmungsradius der Kugelbahn im Kontaktpunkt mit der Kugel dividiert durch den Kugelradius - an den Flanken der Bahnen mit Dreipunktkontakt abweichend im Vergleich mit dem an den Flanken der Bahnen mit Zweipunktkontakt zu gestalten. Ist der Konfor­ mitätsfaktor der Flanken der Zweipunktbahn größer als der der Flanken der Dreipunktbahn, so wird die Kontaktwinkeldifferenz mit zunehmendem Drehmoment und damit in den Bahnen steigenden Kugeln größer und damit die Steuerung der Kugeln besser. Ist der Konformitätsfaktor der Flanken der Zweipunktbahn kleiner als der der Flanken der Dreipunktbahn, so ist bei kleinerem Drehmoment und damit relativ tief an den Flanken anliegenden Kugeln eine gute Steuerung der Kugeln gegeben. Für die Steuerung weniger günstige Verhältnisse an den Kugeln können Vorteile in Bezug auf ein Abrollen bzw. Gleiten der Kugeln haben.

Weiterhin ist es für die angestrebte Funktion besonders günstig, wenn der Kontaktwinkel αK - Winkel zwischen einem Radialstrahl von der Kugelmitte zum Kontaktpunkt der Kugel an die Kugelbahn und einem Radialstrahl von der Gelenkmitte durch die Bahnmitte, jeweils im Querschnitt durch die Bahn - für die Bahnen mit Drei­ punktkontakt größer ist als für die Bahnen mit Zweipunktkontakt.

Bevorzugte Werte sind hierbei ein Kontaktwinkel αK von 30 bis 45° für die Bahnen mit Zweipunktkontakt und ein um zumindest 5° größerer Kontaktwinkel für die Bahnen mit Dreipunktkontakt.

Beispiele zum Anwendungsgebiet der Erfindung ebenso wie bevor­ zugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen dargestellt.

Hierin zeigt

Fig. 1 ein RF-Gelenk im Längshalbschnitt;

Fig. 2 ein UF-Gelenk im Längsschnitt;

Fig. 3 ein VL-Gelenk im Längshalbschnitt;

Fig. 4 ein Da-Gelenk im Längshalbschnitt;

Fig. 5-12 verschiedene Ausführungsbeispiele von einzelnen erfindungsgemäßen äußeren und inneren Kugelbah­ nen mit einer Kugel im Querschnitt.

Die Fig. 1 zeigt ein RF-Gelenk mit einem Gelenkaußenteil 11, einem Gelenkinnenteil 12 bzw. einer Kugelnabe, einem Kugelkäfig 13 und einer drehmomentübertragenden Kugel 14. Eine Mehrzahl von korrespondierenden Kugelbahnen und Kugeln ist über dem Umfang verteilt. Das Gelenkaußenteil 11 ist einstückig mit einem ersten Wellenteil 15 verbunden. In das Gelenkinnenteil 12 ist eine Steckwelle 16 eingesteckt. Im Gelenkaußenteil 11 ist eine erste Kugelbahn 17 erkennbar, der eine im Gelenkinnenteil 12 ausge­ bildete zweite Kugelbahn 18 entspricht. Das Gelenkaußenteil 11 hat eine innenkugelige Führungsfläche 19, die mit einer außenku­ geligen Fläche 20 des Käfigs 13 eine erste Flächenpaarung bil­ det. Der Käfig hat eine innenkugelige Fläche 21, die mit Abstand zu einer äußeren Fläche 22 des Gelenkinnenteils 12 liegt. Die Kugeln 14 werden jeweils Fenstern 23 des Käfigs in der Mittel­ ebene E des Käfigs gehalten. Beide Kugelbahnen 17, 18 sind kreisbogenförmig gekrümmt, wobei die Krümmungsmittelpunkte in Richtung der Achse des Gelenks gegeneinander versetzt sind. Die vorstehend beschriebene Bahnform definiert ein RF-Gelenk. Das Gelenk ist über einen Faltenbalg 31 nach außen abgedichtet, der zum einen auf dem Gelenkaußenteil 11, zum anderen auf der Welle 16 mittels Spannbändern 32, 33 festgelegt ist.

In Fig. 2 sind einander entsprechende Einzelheiten mit den gleichen Ziffern wie in Fig. 1 bezeichnet. In dieser Darstel­ lung ist jedoch keine Welle in das Gelenkinnenteil 12 einge­ steckt, ebensowenig ist die Abdichtung über einen Faltenbalg ausgeführt. Die innenkugelige Fläche 21 des Käfigs 13 hat Füh­ rungskontakt zur außenkugeligen Fläche 22 des Gelenkinnenteils 12. Die Kugelbahnen 17 im Gelenkaußenteil 11 und 18 im Gelenkin­ nenteil 12 sind in dieser Ausgestaltung zur Öffnungsseite des Gelenkaußenteils hinterschnittfrei und definieren damit ein UF-Gelenk.

In Fig. 3 ist ein Gelenk mit einem beidseitig offenen Gelenk­ außenteil 11, ein Gelenkinnenteil 12 bzw. eine Kugelnabe, ein Kugelkäfig 13 und eine drehmomentübertragende Kugel 14 erkenn­ bar. Eine Mehrzahl von korrespondierenden Kugelbahnen und Kugeln ist über dem Umfang verteilt. Auf das Gelenkaußenteil 11 sind beidseitig Blechkappen 24, 25 aufgesetzt. In das Gelenkinnenteil 12 ist eine Hohlwelle 15 eingesteckt. Im Gelenkaußenteil ist eine erste Kugelbahn 17 erkennbar, der eine im Gelenkinnenteil 12 ausgebildete zweite Kugelbahn 18 entspricht. Beide Kugelbah­ nen sind in der Darstellung gerade und achsparallel. Abweichend von der Darstellung kreuzen sie sich jedoch und bilden gleich große entgegengesetzte Kreuzungswinkel mit der Längsachse des Gelenks. Das Gelenkaußenteil 11 hat eine innenzylindrische Füh­ rungsfläche 19, die mit der außenkugeligen Fläche 20 des längs­ verschieblichen Käfigs 13 zusammenwirkt. Der Käfig 13 hat eine innenkugelige Fläche 21, die mit Abstand zu einer entsprechenden Außenfläche 22 des Gelenkinnenteils 12 liegt. Die Kugeln 14 werden jeweils in Fenstern 23 des Käfigs 13 in der Mittelebene E des Käfigs gehalten. Ein abdichtender Faltenbalg 31 ist mit­ tels Spannbändern 32, 33 zum einen auf dem Blechteil 25, zum anderen auf der Welle 15 festgelegt und dichtet das Gelenk nach außen ab.

In Fig. 4 sind entsprechende Einzelheiten mit den gleichen Ziffern wie in Fig. 3 bezeichnet. Abweichend hiervon ist eine innenkugelige Führungsfläche 21 im Käfig 13 vorgesehen, die mit einer außenkugeligen Fläche 22 des Gelenkaußenteils 12 zusammen­ wirkt.

Die Mittelpunkte der Außenkugelfläche 20 des Käfigs 13 und der Innenkugelfläche 21 sind axial gegeneinander versetzt und de­ finieren auf diese Weise ein DO-Gelenk.

Die hiermit dargestellten Gelenktypen zählen sämtlich zum Stand der Technik.

In den Fig. 5 bis 12 ist jeweils im Querschnitt eine äußere Kugelbahn 17 im Gelenkaußenteil 11 und eine innere Kugelbahn 18 im Gelenkinnenteil 12 mit einer von beiden aufgenommenen Kugel 14 gezeigt. Der Käfig ist zur besseren Erkennbarkeit nicht ge­ zeigt. Von den beiden Bahnen 17 und 18 weist jeweils die eine eine Querschnittsform mit Zweipunktkontakt und die andere Bahn eine Querschnittsform mit Dreipunktkontakt auf. In den Bahnen mit Zweipunktkontakt sind die Bahnflanken mit 26, 27 bezeichnet, während in den Bahnen mit Dreipunktkontakt die Flanken mit 28, 29 und die Bodenfläche mit 30 bezeichnet ist. α1 zeigt jeweils den Kontaktwinkel αK in der äußeren Bahn 17, α2 den Kontaktwin­ kel αK in der inneren Bahn 18. Im übrigen sind die unterschied­ lichen Bahnformen stichwortartig wie folgt anzugeben:

Fig. 5 Außenteil: gotischer Querschnitt mit Zweipunktkontakt Innenteil: gotischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt;

Fig. 6 Außenteil: gotischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt, Innenteil: gotischer Querschnitt mit Zweipunktkontakt;

Fig. 7 Außenteil: elliptischer Querschnitt mit Zweipunkt­ kontakt, Innenteil: elliptischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt;

Fig. 8 Außenteil: elliptischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt Innenteil: elliptischer Querschnitt mit Zweipunkt­ kontakt;

Fig. 9 Außenteil: elliptischer Querschnitt mit Zweipunkt­ kontakt, Innenteil: gotischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt;

Fig. 10 Außenteil: gotischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt, Innenteil: elliptischer Querschnitt mit Zweipunkt­ kontakt;

Fig. 11 Außenteil: elliptischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt, Innenteil: gotischer Querschnitt mit Zweipunktkontakt;

Fig. 12 Außenteil: gotischer Querschnitt mit Zweipunktkontakt, Innenteil: elliptischer Querschnitt mit abgeflachtem Bahngrund, somit Dreipunktkontakt.

Sämtliche Bahnformen nach den Fig. 5 bis 12 sind auf Gelenke wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt anwendbar.

Claims (5)

1. Kugelgleichlaufdrehgelenk mit einem Gelenkaußenteil (11) zur Verbindung mit einem ersten Antriebsteil, das eine Innenöffnung bildet, in der im wesentlichen in Längsrich­ tung verlaufende äußere Kugelbahnen (17) ausgebildet sind, mit einem Gelenkinnenteil (12), das eine in der Innenöff­ nung des Gelenkaußenteils (11) einsitzende Nabe zur Verbin­ dung mit einem zweiten Antriebsteil bildet, auf dem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende innere Kugelbah­ nen (18) ausgebildet sind, mit jeweils in einander paar­ weise zugeordneten äußeren und inneren Kugelbahnen (17, 18) geführten drehmomentübertragenden Kugeln (14) und mit einem zwischen Gelenkaußenteil (11) und Gelenkinnenteil (12) befindlichen ringförmigen Kugelkäfig (13), der um­ fangsverteilte Käfigfenster (23) aufweist, in denen die Kugeln (14) in einer gemeinsamen Ebene gehalten und bei Beugung des Gelenks auf eine winkelhalbierende Ebene zwi­ schen sich schneidenden Achsen des Gelenkaußenteils (11) und des Gelenkinnenteils (12) geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbahnen (17, 18) des einen Gelenkteiles (11, 12) einen Zweipunktkontakt mit der jeweiligen Kugel (14) und die Kugelbahnen (18, 17) des anderen Gelenkteiles (12, 11) einen Dreipunktkontakt mit der jeweiligen Kugel (14) bilden.

2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen (17, 18) mit Zweipunktkontakt im Querschnitt zwei Flanken (26, 27), gebildet aus einem Ellipsenabschnitt oder einem gotischen Bogen, d. h. zwei sich schneidenden Kreisbögenabschnitten, umfassen.

3. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen (18, 17) mit Dreipunktkontakt im Querschnitt aus zwei Flanken (28, 29) als Teile eines Ellipsenabschnit­ tes oder eines gotischen Bogens, d. h. von zwei sich schneidenden Kreisbögenabschnitten, sowie einer querverbin­ denden Basislinie (30) in Form einer Geraden oder einer konkaven oder konvexen Krümmungslinie bestehen.

4. Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwinkel αK - Winkel zwischen einem Radial­ strahl von der Kugelmitte zum Kontaktpunkt der Kugel an die Kugelbahn und einem Radialstrahl von der Gelenkmitte durch die Bahnmitte, jeweils im Querschnitt durch die Bahn - für die Bahnen (18, 17) mit Dreipunktkontakt größer ist als für die Bahnen (17, 18) mit Zweipunktkontakt.

5. Gelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwinkel αK für die Bahnen (17, 18) mit Zwei­ punktkontakt 30 bis 45° und der Kontaktwinkel für die Bah­ nen (18, 17) mit Dreipunktkontakt größer oder gleich (αK + 5°) beträgt.